摘要：本文以洛阳双源热电有限责任公司#1机为例，阐述发电机转子轴径发生裂纹后的轴径计算及修复方法，对其它类型大型汽轮发电机转子轴径处理具有借鉴意义。
关键词：发电机轴径裂纹车削

1　引言
洛阳双源热电有限责任公司#1发电机系俄罗斯新西伯利亚电力股份公司制造，型号TBM-165-2，有功功率165MW。定子绕组为纸绝缘，采用粘度低、导热性能高、绝缘性能好的变压器油直接冷却，转子绕组采用蒸馏水直接冷却，定子铁心也采用变压器油直接冷却，简称"油水油"冷却方式。定子和转子是完全分开的2个独立系统，彼此互不干扰。转子重量36t，长9.611m，工件最大直径为1075mm。
2　存在问题
2003年3月29日小修时，检查发现#1发电机转子＃6瓦轴颈处存在裂纹，裂纹部位位于距励侧轴瓦台肩75mm-85mm，周向300mm弧长的轴颈表面上，计有30多条细小的轴向裂纹，这些裂纹长度在4-12mm不等。发现问题后，及时安排金相部门对裂纹部位进行探伤确认，并对轴表面硬度进行检查。发现轴颈裂纹处的硬度在HB440-460之间。轴颈无裂纹的表面硬度在HB200-280之间，轴肩上硬度在HB300－320。#6瓦轴颈处直径为Φ375mm，对该轴颈处进行实测壁厚，厚度在92.9-93.6mm之间。分析认为这些细小裂纹应为表面裂纹，并对裂纹表面沿圆周方向打磨。当打磨深度至1mm时，金相检查发现原呈轴向方向排列的裂纹，此深度处呈现网状龟裂形态。继续打磨至2mm深时，网状龟裂消失，原细小短裂纹也消失，剩余裂纹仍呈现轴向排列，裂纹长度长的在10-14mm，金相检查仍较明显。继续打磨至3mm深时裂纹仍然存在，金相探伤较明显，且裂纹长度没有缩短迹象，一条最长的裂纹还有所加长，达到16mm长。当打磨至2－3mm深时，硬度感觉明显比表面硬化层低。
河南中试所金属室专家对发生裂纹的轴颈，沿轴向在50mm范围内连续测量表面硬度，结果为：在裂纹处约15mm区间表面硬度达到HB430-450，而紧邻的两侧则只有HB220-250。对裂纹发生处轴径沿周向进行了酸腐蚀检查，无明显症状确认这些裂纹是由于焊接转子缺陷造成。最后分析认为，这些裂纹深度应在6mm左右，用渗透方法探测，渗出不明显。
西安热工研究院专家现场查看后，认为裂纹明显，应处理，但国内目前无探测方法能较准确探测出裂纹深度。鉴于目前焊接或车削条件不具备，且小修结束期（4月9日24时）临近，可先用刷镀方法覆盖，恢复机组运行，加强监视。并委托西安热工研究院对转子做裂纹评估分析，确认其安全极限及发展速度，在安全期限内运行。现在立即研究确定转子处理方法，做好转子处理准备工作。
6月16日成立了＃1机＃6瓦轴颈裂纹处理攻关小组，决定对＃6瓦轴颈进行车削处理。并要求按车削10mm和16mm（直径）分别进行强度方面论证和轴瓦的配置准备。
3　按轴颈车削10mm和16mm（直径）分别进行强度方面论证
国电热工研究院论证结果为："对转子励端轴颈分别为375.0mm和350.0mm的强度和刚度校核表明：在机组正常运行条件下，转子的强度满足要求；轴颈车削至350.0mm仅使发电机最大挠度增加0.02mm，故对转子的刚度影响很小。"并建议："在适当的时机，对裂纹进行车削处理，直至裂纹完全消除，同时要进行车削后的转子动力学特性校核。"
＃1机转子轴颈车削16mm后，直径为φ359mm，可以进行车削。但轴径尺寸的减小会影响转子的固有振动频率，引起转子动力学特性的改变，所以要进行车削后的转子动力学特性校核。"根据估算的裂纹深度，认为车削掉所有的裂纹后的轴颈尺寸应对转子的固有振动频率和油膜的稳定性影响不大。"
4　轴瓦的配置
4.1　原轴瓦钨金加厚以后能否使用，从以下两个方面考虑：
1）发电机转子与静子间隙是否能满足要求
现发电机转子与静子间隙最小15mm最大20mm（大修时记录）,原轴瓦钨金厚度3－5mm左右，如果按车削10mm，15－5－5＝5mm,理论上考虑能够满足要求；如果按车削16mm，15－5－8＝2mm,理论上考虑不能够满足要求。
2）轴瓦钨金加厚以后钨金强度是否能满足要求
与制造厂和加工厂咨询此规格的瓦钨金制造厚度为3－5mm（设计为0.5－6mm），如果钨金再加厚将对钨金强度有很大影响。也就是说钨金太厚将影响支撑转子的刚度，长期运行，对机组安全会有较大影响，分析认为不能在原轴瓦钨金上加厚使用。
4.2　配置新轴瓦的计算
1）长径比验算：要求0.7－1.1（瓦的长度为300mm）
φ375时，长径比为0.80
φ365时，长径比为0.8219
φ359时，长径比为0.8356
按车削10mm和16mm（直径）都能满足要求。
2）轴承比压验算：锡基轴承合金ZChSnSb11-6许用值25N/mm2
φ375时，比压为1.6N/mm2
φ365时，比压为1.6438N/mm2
φ359时，比压为1.6713N/mm2
按车削10mm和16mm（直径）都能满足要求。
3）最小油膜厚度：它与轴径和轴瓦的表面粗糙度有关，取轴颈与轴瓦表面粗糙度分别为Rz1=6.3um（制造厂一般为3.2，由于再加工精度下降）Rz2=6.3um。Rz1 Rz2=6.3 6.3=12.6um=0.0126mm
最小油膜厚度Hmin=△/2*(1-X)=0.56/2*(1-0.53)=0.13mm
安全系数S=0.13/0.0126=10.3远大于2，可以实现液体摩擦。
4)轴承尺寸的确定
由于轴径需要车削10－16mm,根据汽轮机制造行业规范要求：钨金厚度最小不能低于3mm，最大不能超过6mm。
a.轴瓦胎的所有外形尺寸都保持不变。
b.轴瓦胎的内径为φ371
c.轴瓦胎内燕尾槽个数和深度尺寸保持不变。
d.轴瓦钨金内径的范围为：φ365mm－φ359mm
（φ371-2×3=φ365φ371-2×6＝φ359）
由此确定，新配置的备品瓦的外形尺寸为：
球面直径为φ700 0.05~ 0.10mm。
轴瓦钨金内径为φ357mm。（留2mm加工余量）
其他尺寸按图纸保持不变。
5　转子的车削
1）#1机发电机转子重36t，长9.611m，工件最大直径为1075mm。故加工转子需用特殊车床。由于转子重量大且较长，加工转子时只有对发电机转子靠背轮处夹固，在发电机转子励侧找一基准轴颈，用专用托架将转子托起。发电机励侧端部的冷却水中心孔只能用于辅助找正和限制转子轴向位移作用，而不能作为转子承重支撑点。
2）为保证轴颈车削后质量，对轴颈车削的精度要求如下：
椭圆度：0.02mm锥度：0.03mm同心度：0.02mm
表面粗糙度：0.8（▽9）
3）转子加工后动平衡试验
转子轴颈加工后，应做动平衡，否则将会影响到整个轴系的平衡，引起机组振动。动平衡试验数据见表1

表1#1机转子动平衡试验数据
动平衡后，两轴承的振动符合GB/T7064-1996标准，超速3300rpm2min正常。平衡配重数据见表2。

表2#1机转子配重数据
6　结论
#1发电机转子＃6瓦轴径由φ375mm车削到φ362.47mm，在厂家动平衡试验合格后，运回现场安装后，一次冲转成功，负荷140MW，水平振动12μm，垂直振动21μm。从10月30日运行至今良好，实践证明，这次#1发电机转子＃6瓦轴径处理是成功的。
参考文献：
[1]马桂琴，冯水宁.汽轮机构造.北京：中国电力企业联合会教育培训部，1986
[2]上海机械专科学校.机械设计基础.上海：上海科学技术文献出版社，1984
[3]刘焕长，武毅强.高压汽轮机检修.吉林：水利电力出版社，1979